CN111693140A - 用于检测环境光的测量设备、雨量光照传感器和机动车 - Google Patents

Abstract

在用于检测环境光的、用于在机动车中使用的测量设备的情况下，其中该测量设备具有光敏的探测器和被设置以及构造用于将环境光引导到探测器上的光学元件，对本发明重要地规定：光学元件具有外部的侧表面和光入射侧和光出射侧，并且这两侧其中至少一侧、也即光入射侧或光出射侧具有拱曲的表面。该拱曲的表面至少部分地被粗糙化并且具有比光学元件的侧表面更高的粗糙度。

Description

用于检测环境光的测量设备、雨量光照传感器和机动车

技术领域

本发明涉及一种用于检测环境光的测量设备，该测量设备用于在机动车中使用，该测量设备具有光敏的探测器和光学元件，该光学元件被设置和构造用于，将环境光引导（leiten）到探测器上。此外，本发明涉及一种雨量光照传感器（Regen-Licht-Sensor），该雨量光照传感器用于在机动车的挡风玻璃上使用，其中该雨量光照传感器具有用于探测在挡风玻璃上的水滴的传感器和用于检测环境光的测量设备。此外，本发明还涉及一种机动车，该机动车具有挡风玻璃和在内部布置在该挡风玻璃上的用于检测环境光的测量设备。

背景技术

在DE 196 30 216 C2中已描述了具有取决于行驶状况的光控制装置的车辆。在那里，该车辆具有两个传感器，即，一个是向上定向的环境光传感器，并且一个是具有更窄的、朝行驶方向指向的检测锥（Erfassungskegel）的行驶方向特定的光传感器。

在DE 10 2012 03 576 A1中描述这类的测量设备。在那里，将用于探测环境光的传感器和用于探测前端（Vorfeld）的传感器集成在壳体中。覆盖部至少在部分区域中构造为光学元件，环境光被聚焦到探测器上。

从DE 10 2015 001 800A1中已知另一种用于检测环境光的测量设备，该测量设备具有光学元件，在此即为被构造为覆层的扩散装置。

发明内容

本发明所基于的任务是：提出一种开头所提及的类型的测量设备，能够利用该测量设备来在特别大的开口锥（Öffnungskegel）中检测环境光。

利用具有专利权利要求1的特征的测量设备或者利用具有专利权利要求14的特征的雨量光照传感器和利用具有专利权利要求16的特征的机动车来对该任务进行解决。本发明的优选实施方式在从属权利要求中被描述。

在用于检测环境光的、用于在机动车中使用的测量设备的情况下，其中该测量设备具有光敏的探测器和被设置以及构造用于将环境光引导到探测器上的光学元件，对本发明重要地规定：光学元件具有外部的侧表面（äußere Mantelfläche）和光入射侧和光出射侧，这两侧其中至少一侧、也即光入射侧或光出射侧具有拱曲的表面，并且拱曲的表面至少50%被粗糙化（aufrauen）并且具有比光学元件的侧表面更高的粗糙度，从而使在拱曲的表面上入射的光被散射并且使拱曲的表面被构造为内轮廓（Innenkontur），其中该内轮廓构成在光学元件中的凹进部（Ausnehmung）。

利用根据本发明的该测量设备的构型方案，（在50%的敏感度情况下）能够以（在0°的方位角的情况下）以仰角方式的或（在90°的仰角情况下）以方位角的方式的开口锥在超出120°的角范围内在行驶的车辆中从半空间中检测环境光。直至10%的有效敏感范围甚至超出130°。这不仅允许在车辆前方日落时在太阳照射的平的入射角的情况下的有效光收集而且也允许在车辆后方直至54°的光收集。由于通过该粗糙度所充分利用的光散射的效应，此外实现对由于不平整性或生产不精确性所产生的效果进行平均（Mittelung）并且总的测量设备变得在大范围内相对于电子设备（Elektronik）的位置容差不敏感。

利用根据本发明的测量设备来实现透镜结构，该透镜结构具有散射的、光学轮廓。入射到该光学元件中的光于是不仅通过侧表面、也即通过在外轮廓的内侧上的反射，而且也通过拱曲的表面而被引导至该探测器。

该光学元件优选地是光导体。该光导体的侧表面构成外轮廓，其尤其是将倾斜的光份额或垂直的光份额引导至该探测器。

拱曲的表面被构造为内轮廓，该内轮廓构成在光学元件中的凹进部。该内轮廓优选地被构造成关于中央轴对称的、尤其是镜面对称的。特别优选地，该内轮廓例如具有在尖端处倒圆的锥的形状。该内轮廓通过粗糙度而确保：入射的光通过散射而生成均匀照亮的光斑，其中该粗糙度优选地通过侵蚀（Erodieren）而生成。该内轮廓也可以被表示为类似高斯形状的（gaußformähnlich）。在外轮廓上被反射的光以及在内轮廓上被散射的光的叠加确保：取决于角度的信号特性（Signalcharakteristik）以大的开口锥生成连续形成的双峰形高台（bimodales Plateu）。由此在机动车中的传感器的视锥（Sichtkegel）被最大化。

内轮廓构成的凹进部优选地被布置在光学元件的面向探测器的一侧上。

优选地，拱曲的表面的粗糙度、尤其是内轮廓的粗糙度大于1μm、优选大于2μm并且特别优选地大于4μm。该粗糙度优选地通过表面的侵蚀而产生。但是，该粗糙度优选地小于15μm。在此，平均粗糙度称作Ra。拱曲的表面的、尤其是内轮廓的粗糙度对此优选地在根据VDI 3400的21至42等级的范围内，尤其是在根据VDI 3400的33至42等级的范围内。

该光学元件优选地被构造为光导体。但是，优选地，该光学元件的侧表面在此具有0.01μm至0.5μm之间的粗糙度、尤其是在0.01μm至0.05μm之间的粗糙度。这种说明（Angaben）也参考平均粗糙度Ra。

内轮廓大于50%地、尤其是完全地具有比光学元件的侧表面更高的粗糙度，尤其是，该表面大于50%地并且尤其是完全地具有与上面描述的平均粗糙度Ra相应的粗糙度。

在一种特别优选的实施方式中，该内轮廓经光学元件的几乎整个高度而延伸。在对此的变型方案中，该内轮廓经50%至80%之间的高度而延伸。然而，优选地，该内轮廓的高度经该光学元件的80%至100%之间的区域而延伸，优选地经该光学元件的95%至100%之间的区域而延伸。

在另一优选地构型方案中，内轮廓在自身的最大侧向延伸的区域内经该光学元件的几乎总宽度而延伸，其中所述最大侧向延伸典型地位于被分配给该探测器的一侧上。优选地，该内轮廓经由光学元件的总是多于50%的、尤其是多于70%的并且尤其是多于90%的宽度而延伸。

在本发明的另一优选实施方式中，光学元件的光入射面具有比光学元件的侧表面更大的粗糙度。优选地，该光学元件的光入射面是拱曲的。特别优选地，该光学元件除了拱曲的、粗糙化的光入射面以外附加地还具有粗糙化的内轮廓，其中该拱曲的光入射面向上拱曲、也即关于光入射侧拱曲并且就此而言在与该凹进部相同的方向上拱曲。在另一优选构型方案中，该光入射面向下、也即在光出射侧的方向上拱曲并且粗糙化。

本发明的另一方面在于提供一种雨量光照传感器，该雨量光照传感器用于在机动车的挡风玻璃上使用，其中该雨量光照传感器具有用于探测在挡风玻璃上的水滴的传感器和用于检测环境光的测量设备，其对本发明重要地以此而出众：该用于检测环境光的测量设备具有上文描述的测量设备。利用这样的雨量光照传感器，实现特别良好的并且经宽范围进行的环境光的检测。根据本发明，该测量设备尤其是在车辆中也被应用在前端光传感器中和被应用在组合式的阳光气候传感器（Solar-Klima-Sensoren）中。

优选地，在该雨量光照传感器中也布置行驶方向特定的光传感器，该光传感器具有朝行驶方向指向的检测锥。

本发明的另一方面涉及：提供一种机动车，该机动车具有挡风玻璃和在内部布置在该挡风玻璃上的用于检测环境光的测量设备，其中该用于检测环境光的测量设备是上文描述的测量设备。优选地，该机动车具有上文描述的雨量光照传感器或前端光传感器或者组合式的阳光气候传感器。

附图说明

随后，根据在图中所示的优选实施例进一步阐述本发明。详细地，这些示意图：

在图1中示出具有环境光传感器的机动车的示意性视图；

在图2中示出根据本发明的测量设备的构造的侧视图；

在图3中示出穿过根据图2的根据本发明的测量设备的截面；

在图4中示出光学轮廓的示图；

在图5中示出穿过根据图4的光学轮廓的横截面；

在图6 中示出在根据本发明的测量设备中的光束的示图；

在图7中示出光学元件的示意图；

在图8中示出光学元件的第一变型可能性；

在图9中示出光学元件的第二变型可能性；

在图10中示出光学元件的第三变型可能性；

在图11中示出光学元件的第四变型可能性；

在图12中示出光学元件的第五变型可能性；

在图13中示出光学元件的第六变型可能性；

在图14中示出光学元件的第七变型可能性；

在图15中示出光学元件的第八变型可能性。

具体实施方式

图1示出了机动车1的示意性视图，其中该机动车具有挡风玻璃2和被布置在该挡风玻璃2后面的环境光传感器，该环境光传感器具有开口锥3。该开口锥3由于根据本发明的设备而是特别宽的。该示图示出在0°方位角、也即直接在车辆前方的仰角开口锥3。线4示出50%的敏感度。该线与根据本发明的设备具有约44°至90°的仰角。在5处的线示出10%的敏感度并且具有从约54°至90°的仰角。

图2示出根据本发明的测量设备的构造的示意性的侧视图。在挡风玻璃2后面布置光导体6和探测器7，其中该挡风玻璃鉴于技术方面也一般而言可以是玻璃片（Glasscheibe）。该光导体6直接地或者利用挡风玻璃2并与其接触地来布置。该探测器7在光导体6下方以与光导体6略有间距的方式居中地布置。

在图3中，示出沿着图2中的线AA的截面。在此，也明显地标出光入射侧8，在该光入射侧上，光通过挡风玻璃2而入射到光导体6中。该光导体6具有外部的侧表面9。该光出射侧11在光导体6中具有凹进部12，该凹进部的内轮廓在光导体6中构成拱曲的表面10。在该光导体6下方，在光出射侧11的下方在中央布置探测器7。

在图4中示出光学轮廓或者拱曲的表面10，其中该拱曲的表面以作为在光导体6中的凹进部12来示出的方式来构造。侧表面9优选是圆形的、优选略带角度的（leichtangeeckt），该侧表面具有1mm至6mm之间的半径。特别优选地，该侧表面9具有3mm至6mm之间的半径。

在图5中，示出沿着在图4中的线BB的视图。在内部，应看出凹进部12。在外部，示出圆形的侧表面9。在该内侧上，拱曲的表面10被粗糙化。优选地，这种粗糙度已经通过侵蚀过程而产生。

在图6中，再次地示出光导体6和在其下方布置的探测器7。此外，示出一排光束。总体上，通过该光导体6而实现非常宽的张开角13，该张开角通过弧形线来示出。一些光束在光入射侧8上入射到光导体6中并且在内部在侧表面9上被反射，然后在光出射侧11出射并且由该探测器7来检测，在这些光束中的其中一个在此以14来标出。而其他光束15在其通过光入射侧8而到达光导体6中之后击中（auftreffen）到拱曲的表面10上，在所述拱曲的表面上这些光束由于在该表面上的粗糙度而被散射并且相应地被偏转并且然后部分地同样击中到该探测器7上。这可以要么在到达该表面上时进行要么在通过内部的凹进部12之后并且在射中到具有拱曲的表面10的凹进部12的相对置的内表面上时进行。因此在这两种情况下，都将在其他情况下本来并不击中探测器7的光束14、15引导至探测器7。因此，从非常宽的开口区域（Öffnungsbereich）检测光束14、15并且考虑非常大的张开角13。

在图7中，在示意图中再现光导体6，其中尤其是在此示出具有光入射侧8、光出射侧11和侧表面9的光导体6。在该光出射侧11上，在光导体6中设置凹进部12，该凹进部12具有锥形形状，其具有倒圆的表面或倒圆的尖端。该形状在横截面中也可以被描述为高斯状的（gaußartig）。所述拱曲的表面10在内侧被侵蚀。该凹进部12经光导体6的总高度延伸并且在下方区域是最宽的并且在该最宽处也经光导体6的总宽度而延伸。

在图8中示出光学元件或光导体6的第一变型可能性。在该图8中并且在接下来的图中，给相同部分配备相同附图标记。在此表明：凹进部12可以被扩大或缩小并且因此使被侵蚀的表面扩大或缩小。这意味着，不仅该凹进部12的高度而且该凹进部12的宽度都可以被适配。

在图9中示出光学元件或光导体6的第二变型可能性。在此也即显示出：光导体6自身的长度也可以被相应地缩短或延长，也即因此也使该侧表面9的长度可以被相应地缩短或延长。

在图10中作为光学元件或光导体6的第三变型可能性而示出：该光学元件或光导体6可以在自身的外部尺寸方面、也即尤其是在光导体6的直径方面变化。

在图11中示出光学元件或光导体6的第四变型可能性，其中尤其是能够改变下边缘、也即光出射侧。

在图12中所示的光学元件或光导体6的第五变型可能性中，该光入射侧8也构造有拱曲的表面。

在图13中所示的光学元件或光导体6的第六变型可能性中，在此构成光入射侧8的表面10以拱曲的方式并且附加地也以侵蚀的方式来构造。在此，因此存在两个被侵蚀的表面，也即光入射侧8和凹进部12的拱曲的表面10。

在图14中示出光学元件或光导体6的第七变型可能性，据此，内部的凹进部12在自身的形状方面被改变，也即例如被改变成半球（Halbsphäre）。也在该实施方式中，不仅将拱曲的表面10而且也将光入射侧8以侵蚀的方式构造。

在图15中示出光学元件或光导体6的第八变型可能性，其中并不存在内部的凹进部12，为此使该光入射侧8向内拱曲，而在图12至14中的光入射侧8则向上拱曲、也即向光入射侧8拱曲。该光入射侧8在此以侵蚀的方式来构造并且以这种方式同样地导致入射的光束14、15的分布并且导致捕获（Einfangen）从该侧到来的光束14、15，从而产生同样大的张开角。

所有在上文中的描述中并且在权利要求中提及的特征都能够以任意选择的方式来与独立权利要求的特征相结合。本发明的公开因此并不限于所描述的或所要求保护的特征组合，而是将所有在本发明的范畴内有意义的特征组合视为已公开的。

Claims (17)

1.一种用于检测环境光的测量设备，所述测量设备用于在机动车（1）中使用，所述测量设备具有光敏的探测器（7）和光学元件，所述光学元件被设置和构造用于，将环境光（14、15）引导到所述探测器（7）上，

其特征在于，

所述光学元件具有外部的侧表面（9）和光入射侧（8）和光出射侧（11），

这两侧其中至少一侧、也即光入射侧（8）或光出射侧（11）具有拱曲的表面（10），并且

所述拱曲的表面（10）至少50%被粗糙化并且具有比所述光学元件的所述侧表面（9）更高的粗糙度，从而使在所述拱曲的表面上入射的光被散射并且使所述拱曲的表面（10）被构造为内轮廓，所述内轮廓构成在所述光学元件中的凹进部（12）。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述凹进部（12）具有对称的形状。

3.根据权利要求2所述的测量设备，其特征在于，内轮廓构成的所述凹进部（12）被布置在所述光学元件的面向所述探测器（7）的一侧上。

4.根据权利要求2或3所述的测量设备，其特征在于，所述内轮廓例如具有在尖端处倒圆的锥的形状。

5.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述内轮廓的粗糙度大于1μm、优选大于2μm并且特别优选地大于4μm。

6.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述内轮廓的粗糙度在根据VDI 3400的21至42等级的范围内，尤其是在根据VDI 3400的33至42等级的范围内。

7.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述光学元件被构造为光导体（6）。

8.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述光学元件的所述侧表面具有0.01μm至0.5μm之间的粗糙度、尤其是在0.01μm至0.05μm之间的粗糙度。

9.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述内轮廓大于50%地、尤其是完全地具有比所述光学元件的所述侧表面（9）更高的粗糙度。

10.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述内轮廓经所述光学元件的几乎总高度延伸。

11.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述内轮廓在自身的最大侧向延伸的区域内经所述光学元件的几乎总宽度而延伸。

12.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述光学元件的光入射面具有拱曲部，所述拱曲部朝所述光入射侧（8）拱曲并且具有比所述光学元件的所述侧表面（9）更高的粗糙度。

13.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其特征在于，所述光学元件具有朝所述光入射侧的方向逐渐变细的形状。

14.一种雨量光照传感器，所述雨量光照传感器用于在机动车的挡风玻璃上使用，其中所述雨量光照传感器具有用于探测在挡风玻璃上的水滴的传感器和用于检测环境光的测量设备，

其特征在于，

所述用于检测环境光的测量设备是根据上述权利要求之一所述的测量设备。

15.根据权利要求14所述的雨量光照传感器，其特征在于，在所述雨量光照传感器中布置行驶方向特定的光传感器，所述光传感器具有朝行驶方向指向的检测锥。

16.一种机动车（1），所述机动车具有挡风玻璃（2）和在内部布置在所述挡风玻璃上的用于检测环境光的测量设备，

其特征在于，

所述测量设备根据权利要求1至13之一所述地构造用于检测环境光。

17.根据权利要求16所述的机动车，其特征在于，所述机动车（1）具有根据权利要求14至15之一所述的雨量光照传感器。

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